SH波作用下桩-液化土-结构体系的水平振动特性

将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为单自由度弹簧质量块,基于桩-土相互作用的Winkler模型,研究了在垂直入射简谐SH波作用下桩-液化土-上部结构耦合体系的水平振动特性。考虑土体的自由场位移、上部结构的平动和转动惯性以及和桩轴向压力的二阶效应,建立了单桩-液化土-上部结构耦合体系的边值问题,得到桩变形和上部结构运动的解析解。数值分析了几何和物理等参数对桩头和上部结构位移放大因子和动力放大因子的影响,结果表明:单桩-液化土-上部结构体系存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头和上部结构的位移放大因子影响显著;随着上部结构刚度的增加,桩-液化土-上部结构体系的基频增大,位移放大因子峰值减小;随着土体液化的发展,单桩-液化土-上部结构系统基频和动力放大因子逐渐减小。     

竖向地震作用下饱和土-桩体系的耦合动力响应研究

为揭示竖向地震荷载作用下桩土系统的耦合动力特性，首先将基桩视为具有径向和竖向变形的三维轴对称杆件，采用Hamilton变分原理建立其运动方程，而桩周土体视为充满流体的三维多孔连续介质，采用Boer多孔弹性介质模型描述其动力学行为。在不引入势函数的情况下，先将土骨架的体积应变和孔隙流体压力作为中间变量处理土体运动方程，然后采用分离变量法求解土体和基桩的运动方程，进而结合桩-土系统的边界和连续条件，推导得到桩顶的运动放大系数和运动响应因子解析解。通过与相应有限元模型数值计算结果及已有解的比较，验证所提出解的正确性。最后分析桩土主要参数对桩土耦合系统动力特性的影响，得到了一些有意义的结论，可为相关工程实践提供参考。研究结果表明：当桩长径比较小时，基桩的径向变形对饱和土-桩系统的动力响应存在显著影响，忽略基桩的径向变形，将高估桩土系统的共振行为；对于单相土而言，在低频阶段，桩顶响应相对于自由场表面响应偏小，在高频阶段，其随着桩长径比的增大而偏大。桩土系统的共振行为发生于激振频率接近于土体自由场的自振频率。随着桩长径比的增大，桩土系统对基岩运动的放大效应呈增大趋势；对于饱和土而言，饱和土层表面的...     

地震波作用下的FDV土层单桩桩顶放大效应

将基岩上的土体视为黏弹性介质,且土体的本构关系利用分数导数黏弹性(FDV)模型来描述。借助三角函数的正交性和土体的边界条件求解SH简谐地震波作用下FDV场地土的水平振动位移。以土体中的圆形截面端承桩为研究对象,将桩土之间的相互作用等效为动力Winkler弹簧－阻尼器,在Novak平面假定的基础上求得由于桩土相互作用引起的FDV土层的径向和环向位移,进而得到了等效动力Winkler弹簧－阻尼器的刚度系数和阻尼系数,在此基础上求解SH简谐地震波作用下FDV土层中单桩的水平振动,得到了FDV土层中单桩桩顶的放大因子。研究表明：分数导数的阶数和土体模型参数对SH简谐地震波作用下FDV土中单桩的共振有较大的影响;在低频时桩土的密度比和模量比对FDV土中单桩桩顶放大因子影响很小,在高频时有一定的影响。     

动力荷载作用下水-桩-土相互作用简化分析研究EI北大核心CSCD

针对近海结构单桩基础在动力荷载作用下发生复杂的水-桩-土相互作用问题,建立了三维水-桩-土全耦合动力有限元分析模型。土体、桩和水体分别采用实体单元和声学单元模拟,土体截断边界采用滚轴边界条件、水体截断边界采用无反射吸收边界条件,并确定了合理的截断边界位置;以全耦合分析模型计算结果为参考解,系统研究了四种动荷载作用下水-桩不耦合(两者界面自由)和水-土不耦合(两者界面自由)对桩体和海床表面位移和动水压力响应的影响,揭示了不同水深和桩体半径变化下不考虑两种相互作用的影响规律。     

桩-土复合地基抗液化数值试验分析

在自由场中设置群桩基础,改变桩基间距,应用FLAC3D作系列三维桩基础非自由场液化数值模拟试验,从桩对液化土的反作用这一方面,研究群桩设置对场地液化分布的影响,揭示群桩抗液化效应。试验结果显示,群桩改变了自由场的特性,群桩非自由液化场水平向不再同性。相对于自由液化场,群桩约束了内部土体自由应变,加大了桩-土结构复合地基的整体抗剪刚度,适当间距的群桩抑制下部土液化的效应较明显,超孔压比降低20%,群桩对上部土体的抗液化效应不大。桩基间距越小对近处场地液化的抑制作用越大,对远处液化的强化作用也越大,桩间距越大抑制作用越小,对远处的强化作用也越小。桩间距相同,桩径加大,桩间场液化度降低。研究成果为桩-土结构复合地基抗液化设计提供理论及试验基础。     

饱和土中桩-桩竖向动力相互作用及群桩竖向振动

由于饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土与单相土中桩基的力学行为,尤其是动力学行为存在很大差异。运用Novak薄层法和引入势函数的方法,得到了饱和土层的竖向动力阻抗和自由场竖向位移衰减函数,在此基础上研究了饱和土中桩-桩的竖向动力相互作用及群桩的竖向动力阻抗问题。分析讨论了桩土力学参数对饱和土中群桩竖向动力阻抗的影响。研究表明:桩间距、液固耦合系数、桩土模量比等参数对桩-桩竖向相互作用和群桩竖向动力阻抗有影响,研究成果对于桩基动力检测和抗震设计具有较大的实际应用价值。     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

成层液化场地条件下单桩振动分析

将层状土中桩基振动相关理论扩展应用到考虑土层液化的桩基振动的研究,借助于Winkler弹簧-阻尼器模型描述液化土和非液化土与桩基之间的动力相互作用,利用初参法和传递矩阵法得到了地震激励作用下考虑土层液化的桩基桩顶位移放大因子。结果表明,液化后的土层软化系数、土层厚度、桩身抗弯刚度和桩身线质量密度等对考虑液化的桩基振动特性有较大的影响。     

考虑桩土非完全粘结及桩底土波动效应的浮承桩纵向振动特性研究

为合理考虑浮承桩纵向振动问题中桩端土作用及桩-土界面相对位移条件,同时引入动力Winkler模型和虚土桩模型,建立了一种适用性更广的浮承桩纵向振动特性研究方法。引入分离变量法对三维土体位移控制方程进行求解,结合土体表面及基岩处边界条件得到三维土体位移基本解;通过将动力Winkler模型相关参数考虑为桩-土界面边界条件在频域内解析求解了桩纵向振动特性,并将所得频域解析解拓展到时域,采用离散傅里叶逆变换方法（IFT）求解了桩顶速度时域响应;开展参数化分析探讨了桩-土界面非完全粘结条件及虚土桩参数对浮承桩动力响应的影响,计算结果表明：桩-土界面完全耦合假定会过高估计桩侧土对桩的约束作用,无法合理评估桩基的抗振性能,并会对桩基抗振防振设计及桩底反射信号识别产生不利影响;另外,针对浮承桩纵向振动问题,采用虚土桩模型描述其桩底土作用具有合理性和必要性。     

考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩-土共同作用解析解

膨胀土地基中,土的膨胀率和刚度沿深度变化明显:较深位置的膨胀土应力水平较高,一方面遇水的膨胀率较小,另一方面土的刚度较大。该文基于桩-土相互作用机理,利用荷载传递法推导了考虑膨胀土沿深度膨胀率减小、刚度增加的单桩理论求解方程,并得到了级数形式的解析解。理论解与现场和模型试验数据符合较好,尤其是轴力沿桩身发展的模式。之后该文在膨胀土层的平均膨胀率和平均模量不变的前提下,分析了不同膨胀位移分布模式和刚度分布模式对桩受力和变形的影响,发现若按传统的土沿深度膨胀率和刚度为常值计算,将过高地估计单桩的轴力和位移。利用此解析解还讨论了膨胀土中桩的临界压重。